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04 以太网交换基础

来源：博客园

在网络中传输数据时需要遵循一些标准，以太网协议定义了数据帧在以太网上的传输标准，了解以太网协议是充分理解数据链路层通信的基础。以太网交换机是实现数据链路层通信的主要设备，了解以太网交换机的工作原理也是十分必要的。


【资料图】

设备的工作模式

单工模式：信号传递是单方向的，比如传统的电视接受信号，电视只会单方向的收信号半双工模式：信号传递是双向的，但是只有一个信号通道在工作，一个信号通道同时只有一个方向进行信号传输，比如对讲机，一方在讲话的时候，另一方不能讲话全双工模式：信号传递的方向是双向的，有两个信号通道在工作，在同一时刻可以接受和发送信号，比如你在用智能手机打电话时候，你可以讲话的同时，对方随时也可以说，而不用等你说完才行

信号的传递方式

广播：教室为例，广播就是接受对象为教室的所有人单播：教室为例，单播就是接受对象是具体的一个人可以听见，其他人听不见组播：教室为例，组播就是接受对象为指定范围内的人，指定范围内的人大于一个要但不能是全部人

早期的以太网

早期的以太网是建立在CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测)机制上的广播型网络。如下图，四台主机工作在同一链路（同轴线缆）上，主机A在发送数据时候是以广播的形式，主机B,C,D都能接受，其余主机出于链路冲突检测中，这个链路的是半双工模式，其余主机只能监听，如果线路空闲才能开始传递数据

冲突域

冲突域是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文（无论是单播、组播、广播），其余节点都可以收到。CSMA/CD解决了冲突域的问题，CSMA/CD的工作原理可简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

交换机不同的接口发送和接收数据独立，各接口属于不同的冲突域，因此有效地隔离了网络中物理层冲突域，使得通过它互连的主机（或网络）之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响。

广播域

广播所能到达的整个访问的范围称为二层广播域，同一广播域内的主机都能收到广播报文

在传统的以太网中，同一介质上的多个节点共享链路，一台设备发出的广播报文，所有设备均会收到。

交换机对广播报文会向所有的接口都转发，所以交换机的所有接口连接的节点属于一个广播域。

以太网帧格式

以太网技术所使用的帧称为以太网帧 (Ethernet Frame)，或简称以太帧。以太帧的格式有两个标准：Ethernet_II格式和IEEE 802.3格式。

Ethernet Ⅱ以太帧：

  • DMAC：6字节，目的MAC地址，6字节，该字段标识帧的接收者。
  • SMAC：6字节，源MAC地址，6字节，该字段标识帧的发送者。
  • Type：2字节，协议类型。常见值：0x0806：Ad0x0800：Internet Protocol Version 4 (IPv4) ；dress Resolution Protocol (ARP) 。

IEEE 802.3 LLC以太帧：逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）由目的服务访问点DSAP（Destination Service Access Point）、源服务访问点SSAP（Source Service Access Point）和Control字段组成。

  • DSAP：1字节，目的服务访问点，若后面类型为IP值设为0x06。服务访问点的功能类似于Ethernet II帧中的Type字段或TCP/UDP传输协议中的端口号。
  • SSAP：1字节，源服务访问点，若后面类型为IP值设为0x06。
  • Ctrl：1字节，该字段值通常设为0x03，表示无连接服务的IEEE 802.2无编号数据格式。
  • SNAP（Sub-network Access Protocol）由机构代码（Org Code）和类型（Type）字段组成。
  • Org Code三个字节都为0。
  • Type字段的含义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。

拓展：数据帧的长度最低为64Byte，最长为1518Byte的由来

终端A和只终端B在同一冲突域内，在此规定一个计时器T=0，终端A向终端B发送报文，终端A的报文到达终端B的时间S，终端A的数据距离B还有D秒的时候，T=S-D的时候，终端B监听到链路空闲发送了一个报文，在T=S-D/2的时候A的报文和B的报文发生了冲突，数据产生了干扰，在T=S时候，B检测到了链路冲突，认为发送的报文废掉了，根据CSMA/CD机制随机等待一段时间后重发一次，当T=2S-D时候A接受到了链路冲突，A认为报文废掉了，随机时间后重新发送，所以一个终端监听链路冲突至少应该控制在2S秒，低于2S秒无法确定数据是否产生冲突，这个时间段（2S）叫争用期，计算公式（争用期=2*端到端的距离/介质传输速率），经过计算得出在1最远的传输距离和10兆的速度下S秒可以发送长度为64字节的报文，就是现在的最小数据帧长度，所以争用期和帧的最小长度成正比，帧用期不变，传输速度和终端之间的距离成反比

MAC地址

MAC (Media Access Control)地址在网络中唯一标识一个网卡，每个网卡都需要并拥有唯一的一个MAC地址。一块网卡的MAC地址是具有全球唯一性的。

MAC地址构成及分类

一个MAC地址有48 bit，6 Byte。MAC地址通常采用“十六进制”+“-”表示。OUI：厂商代码，由IEEE分配，3Byte,24bit制作商分配：3Byte，24bit

MAC地址分类：广播就是组播的一种

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